~以“点”的形式使用VCSEL发光器件,实现超小型、高指向性的检测方案~

反射式光电传感器是一种利用光的反射来检测物体有无的传感器,其应用非常广泛。在可穿戴设备等与我们日常生活密切相关的产品中,反射式光电传感器的应用不断增加。但是,如果要更方便地将其应用于工业设备等领域,则需要精度更高、响应速度更快的反射式光电传感器产品。一般来说,反射式光电传感器多被用于开关用途,但如果能够将其特性更有效地利用起来,那么这类器件还有很大的应用潜力。本文将会介绍这种光学器件的最新信息,并探讨其未来的发展前景。

*Vertical Cavity Surface Emitting Laser(垂直腔面发射激光器)的缩写。

以往多用于通信领域,近年来也被用于感测系统发光单元的光源。

1.什么是反射式光电传感器?

反射式光电传感器是一种利用光的反射、主要用来检测位置的器件。通常,这种器件被用于开关用途。近年来,受新冠疫情等的影响,市场对于操作过程中无需接触的相关应用的需求不断扩大。在我们的日常生活中,无需接触即可测量体温的体温计、只要伸手就能出水的水龙头、零接触的电梯按钮等应用不断增多,这些应用的核心器件就是反射式光电传感器。

除此之外,反射式光电传感器还被广泛运用于智能手机和可穿戴设备等应用,比如通过接近检测功能,控制手机液晶屏幕的亮屏息屏;通过脱戴检测功能,检测可穿戴设备的穿戴和脱下;在开和关之间进行切换等。

2.反射式光电传感器在工业设备领域的应用

在工业设备领域,反射式光电传感器也开始大显身手。过去,在开关应用中,通常使用简单的机械开关或者磁性开关进行开和关的控制。但是近年来,随着工业设备的自动化和无人化程度的提升,性能优异且支持高性能设备的反射式光电传感器开始崭露头角。

与机械开关和磁性开关相比,反射式光电传感器的封装尺寸更小,所以如果需要在细小的位置或狭窄的位置配备开关功能,或者需要在狭窄的场所乃至几乎没有空间的场所配备物体检测功能,那么反射式光电传感器可以充分发挥其优势。

另外,光学开关有数字式开关和模拟式开关两种。模拟式开关虽然操作困难,但具有设计灵活性高的优点,而数字式开关则设计灵活性有限,但具有操作简单的优点。

3.反射式光电传感器在开关用途之外的众多应用方向

反射式光电传感器的应用并不仅仅局限于“开关”这一单一用途。通过设计创意,还可以用于更广泛的领域,因此发展潜力非常大。比如,利用血液中的血红蛋白可以吸收紫外线这一性质,反射式光电传感器被广泛用于测量脉搏和心率的应用及设备中。此外,由于反射式光电传感器能够对光的反射情况做出反应,所以除了用来检测“有/无”之外,还可以用来检测“黑/白”。在工业领域,反射式光电传感器还被用于电机的旋转检测等应用。

4.ROHM开创的反射式光电传感器的新应用

以往的反射式光电传感器通常使用LED作为发光器件。然而ROHM使用自主生产的比LED功耗更低、指向性更出色的VCSEL作为发光器件,同时还使用自主生产的数字输出光电IC作为光接收器件,成功开发出超小型反射式光电传感器“RPR-0720”。

(1) RPR-0720的特点1VCSEL

反射式光电传感器“RPR-0720”最大的特点就在于使用VCSEL作为发光器件。通常来说,VCSEL多用于车载应用等大型设备,所以很难买到低功率的VCSEL。ROHM利用可以自主生产VCSEL的优势,通过以“点”的形式(而非“面”的形式)使用VCSEL发光器件,成功地开发出非常适用于反射式光电传感器的低功率VCSEL。它的光不会像LED那样发散,因此相比以往的反射式光电传感器,可以实现更高的检测精度。

另外,通过优化由光束发散角更窄的VCSEL和光电IC组成的模块,大幅降低了产品的尺寸,相比使用LED作为发光器件的以往反射式光电传感器,新产品的封装面积减小了约78%。

(2) RPR-0720的特点2 无需升压电路

以往的反射式光电传感器支持的电压范围通常为2.9V～3.6V,需要配置升压电路和降压电路。而ROHM的反射式光电传感器由于使用的是VCSEL,驱动范围更广,支持的电压范围宽达2.7V～4.5V,因此无需配置升压电路。

这不仅使反射式光电传感器本身的体积更小,还可以削减用于升压的外围元器件数量,从而进一步节省空间。正是因为具备这些特点,ROHM的反射式光电传感器产品可支持使用锂离子电池(2.7V),因而非常适用于需要脱戴检测的可穿戴设备和小型电子设备。

5.VCSEL反射式光电传感器在工业设备领域的应用

除了可穿戴设备之外,ROHM也在积极研究将这种采用了VCSEL的超小型反射式光电传感器用于工业设备领域,以取代传统的机械开关和磁性开关。

比如,在位置狭窄或者空间受限的场所进行物体的检测、电机的旋转检测等场景中,通过使用ROHM的超小型反射式光电传感器,可以完成过去无法实现的检测需求,或者进一步提升传统检测方式的便利性。

目前,除了数字式的RPR-0720之外,ROHM还在研发模拟式的新产品,以进一步完善产品体系,满足客户的多样化需求。